Наногетероструктурные излучатели и фотоприемники ближнего ИК диапазона

Излучатели и фотоприемники, изготовленные из А3В5 полупроводниковых гетероструктур и работающие в ближнем ИК-диапазоне (ближний инфракрасный диапазон в границах 850 и 940 нм) применяют в различных областях науки и техники. При этом отечественная технология узкополосных (лазерных) ФП в данный момент находится в лабораторной стадии разработки, а международных публикаций (ввиду возможности двойного применения таких приборов) с актуальной технологической информацией практически не существует. Это делает как никогда актуальным формирование отечественной научно-технологической базы по созданию лазерных ФП ближнего ИК диапазона. Светоизлучающие диоды (СИД), работающие в ближнем инфракрасном диапазоне, применяются в оптической диагностике, биомедицинской визуализации, оптической связи, системах ночного видения, охранных системах и системах хранения данных, в датчиках времени полета и воздушных дронах, в камерах видеонаблюдения «ночного видения» , которые позволяют визуализировать изображения вне пределов видимого нами диапазона. Долгое время считалось, что светодиоды – доступный полупроводниковый продукт и следует вести разработки более технологически сложных структур, однако новый виток практической востребованности данных приборов, показал, что требуются, во-первых, отечественные разработки именно нано-гетероструктурных СИД, а во-вторых, что для увеличения их эффективности требуются новые технологий, не применявшиеся ранее для других приборов, такие как технология удаления ростовой подложки, переноса структуры и формирование зеркал, отражающих излучение, распространяющееся от световыводящей поверхности, а также разработка такой активной области, которая, с одной стороны, позволяет перестраивать длину волны излучения без существенного изменения технологии роста всей гетероструктуры, а с другой стороны обеспечивает максимальную квантовую эффективность. Эти и другие решения разрабатываются в данном проекте. Научное сотрудничество по тематике лаборатории ведется с промышленным партнером АО «НИИПП» (АО «Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов» (АО НИИПП) ФГБУ ВНИИ радиоэлектроники), который планирует за счет собственных средств готовить технологическую базу для внедрения полученных ФТИ им.А.Ф.Иоффе в рамках выполнения работ по данной тематике технологий, методов и подходов на своей производственной линии. Основные результаты, полученные в предыдущем цикле работ 2022-2025 гг следующие. 1). На основе гетеропереходной структуры AlGaAs/GaAs получены ФП (850 нм) с максимальным КПД 62%. При этом ряд решений позволил поддерживать высокий КПД (≥ 55%) при рекордных (относительно мирового уровня) плотностях мощности падающего лазерного излучения до 500 Вт/см2. По сравнению даже с наиболее эффективными на сегодняшний день устройствами на основе гетероперехода AlGaAs/GaAs, максимальный КПД достигается при плотностях световой мощности на порядок выше, а КПД ~60% сохраняется вплоть до значений мощности 0,5 кВт/см2, что в два раза выше, чем у лучших мировых аналогов. 2). Созданы эпитаксиальные структуры инфракрасного диапазона длин волн для мощных светоизлучающих диодов (СИД) инфракрасного диапазона длин волн, предназначенные для сборки ИК-диодов и модулей с численной характеристикой результата - мощность излучения на тестовых чипах структуры Po = 70 мВт (при 100 мA прямого тока). В рамках работ цикла 2025-2027 гг. по тематике "Наногетероструктурные излучатели и фотоприемники ближнего ИК диапазона" планируется развитие фундаментальных теоретических, технологических (полупроводниковая эпитаксиальная и пост-ростовая технологии) и экспериментальных решений для высокоэффективных наногетероструктурных мощных излучателей и фотоприемников для ближнего ИК диапазона длин волн (850-950 нм) в интересах отечественной микроэлектроники. Предполагается достичь численных характеристик для СИД ближнего ИК (850-940 нм): а) СИД с увеличенной внешней квантовой и энерго-эффективностью КПД не менее 60% +/- 1,5%; б) СИД функционирующие при токе до 1 А с выходной оптической мощностью до 600 мВт.